Phương pháp thí nghiệm tải trọng động

- Đối với cọc đóng có tác dụng làm chặt đất khi đóng cọc

b) Phương pháp thí nghiệm tải trọng động

Phương pháp thí nghiệm tải trọng động dựa vào nguyên lý sự va chạm tự do của hai vật thể đàn tính, công sinh ra do sự rơi của quả búa được truyền vào cọc và làm cho cọc có một độ lún nhất định vào đất.

Nội dung phương pháp: Sau khi đã hạ cọc đến một độ sâu nào đó (thường là độ sâu thiết kế) ta dùng một loại búa có trọng lượng nhất định đóng một nhát vào cọc thì cọc sẽ bị lún xuống, trị số độ lún đó còn gọi là độ chối của cọc, ký hiệu là e.

Để xác định độ chối e khi thí nghiệm cần theo dõi độ lún của cọc qua các vạch đánh dấu sẵn trên thân cọc. Vì tốc độ đóng cọc tương đối nhanh nên không thể theo dõi độ lún sau từng nhát búa mà người ta thường lấy độ lún trung bình sau một số nhát búa và tính độ chối theo công thức: e S n= _{với S là độ lún tổng cộng sau n nhát búa.}

Với các loại búa có tốc độ chậm như búa treo và búa đơn động thường lấy e là độ lún trung bình sau 10 nhát búa. Với búa Dieziel, búa song động thì lấy n là số nhát búa trong một phút đóng cọc.

Qua thực tế cho thấy, với cùng một loại búa rơi từ cùng một độ cao nhất định đóng xuống hai cọc khác nhau, nếu cọc nào có độ chối e lớn hơn thì có thể nói rằng cọc đó có sức chịu tải kém hơn.

Yêu cầu của phương pháp là tìm được mối quan hệ giữa tải trọng cực hạn của cọc và độ lún của nó: Pgh = f e

( )

Để tìm quan hệ này nhiều tác giả đã nghiên cứu và đề xuất một số công thức trên cơ sở những giả thiết khác nhau. Hiện nay ở nước ta hay dùng công thức động của nhà bác học Liên xô N.M.Gexevanov để xác định tải trọng giới hạn của cọc thông qua độ chối e khi thử cọc bằng búa đơn động:

2. 4. . . . 4. . . 1 1 2 . . gh n F Q h Q k q P n F e Q q  ₊    = + × − +     trong đó:

F - là diện tích tiết diện cọc,

q - trọng lượng cọc và đầu cọc,

n - hệ số có thứ nguyên của ứng suất, phụ thuộc vào vật liệu cọc và được xác định bằng thực nghiệm,

Q - trọng lượng của quả búa,

e - độ chối, là đoạn đường mà cọc xuyên vào đất sau 1 nhát đập của búa,

h - biến dạng đàn hồi của quả búa,

k - hệ số phục hồi khi va chạm, khi thép, gang va chạm với gỗ ta lấy _k² =_0,2. Công thức này sử dụng khi độ chối thực tế e ≥ 2mm. Trong trường hợp độ chối đo được e < 2mm thì phải chọn búa có năng lượng đập mạnh hơn để có e > 2mm.

Ngoài công thức trên, cũng có thể sử dụng một số công thức xác định Pgh _{theo độ}

chối e cho các loại búa khác. Chi tiết có thể tham khảo trong tiêu chuẩn 20TCN 21-86. Tải trọng cho phép xuống cọc: P_dyn =m P. _gh^tc K_d

trong đó: m - hệ số điều kiện làm việc (m=1); P_gh^tc - giá trị tiêu chuẩn của sức chịu tải giới hạn của cọc xác định như sau: khi thử ít hơn 6 cọc thì P_gh^tc =min

( )

Nhiều nước trên thế giới dùng các công thức đơn giản sau: + Công thức của Hà Lan để tính tải trọng cho phép xuống cọc:

( )

+ ^{với K - Hệ số an toàn, thường lấy bằng 61 .}

+ Công thức của Crandall để tính tải trọng cho phép xuống cọc:

( )

với _{e -là độ chối đàn hồi, 1 K2} =₄^{là hệ số an}

toàn

+ Công thức theo tạp chí Engineering New:

Lực cản khi đóng cọc: P_gh ^{12. .Q H} e c

= +

Tải trọng cho phép truyền xuống cọc: ^{2. .} 6 gh dyn P _{Q H} P e c = = + với c - hệ số, đối với búa hơi c=0,1 đối với búa rơi tự do c=1,0.

*

Hiện tượng chối giả khi đóng cọc :

Trong thực tế thử tải cọc bằng phương pháp động, nếu sau khi vừa đóng cọc xong mà tiến hành thí nghiệm tải trọng động ngay thì kết quả độ chối đo được sẽ khác với độ chối thực, có thể lớn hoặc bé hơn độ chối thực, hiện tượng này gọi là độ chối giả. Hiện tượng chối giả xảy ra trong đất cát và đất sét được giải thích như sau:

+ Hiện tượng chối giả trong đất sét: Khi đóng cọc trong nền đất sét, do chấn động của búa và cọc làm cho đất quanh cọc bị phá hoại kết cấu, đồng thời đất xung quanh cọc bị ép chặt, nước thoát ra nhiều phía xung quanh thân cọc làm cho lực ma sát giữa đất và cọc giảm và độ chối tăng lên, còn gọi là độ

chối giả trong đất dính (tức egiả > ethực). Để khắc phục thì sau khi đóng cọc phải cho cọc nghỉ một thời gian để đất phục hồi kết cấu rồi mới tiến hành thử tải động để xác định độ chối. Theo quy phạm nước ta quy định thời gian cọc nghỉ trong loại đất này là 15 đến 20 ngày.

+ Hiện tượng chối giả trong đất cát: Khi đóng cọc gây ra rung động làm cho đất cát dồn chặt vào quanh thân cọc, làm cho ma sát giữa cọc và đất tăng lên, độ chối sẽ giảm xuống, còn gọi là độ chối giả trong đất cát (tức egiả < ethực). Do vậy phải cho cọc nghỉ 2÷3 ngày để trạng thái của đất được phục hồi rồi mới tiến hành thử tải động.

Để xác định độ chối e ta phải chọn loại búa cho thích hợp, vấn đề này còn có ý nghĩa về thi công rất quan trọng để đảm bảo chất lượng và không phá vỡ đầu cọc.

Nếu dùng búa nhỏ đóng cọc, búa phải nâng cao, đồng thời phải đóng nhiều nhát, dễ làm phá hỏng vật liệu đầu cọc, còn dùng búa nặng đóng cọc thì tốt nhưng không kinh tế và di chuyển cồng kềnh, phức tạp.

+ Chọn loại búa thường tuỳ theo năng lượng xung kích, có thể lấy như sau: 25. ^tt

E≥ P với E - năng lượng xung kích của búa (Nm); Ptt ^{- sức chịu tải tính}

toán của cọc (kN)

+ Có thể chọn búa theo công thức kinh nghiệm sau:

Q q K E + = K - Hệ số thích dụng của búa

Với búa hơi song động, Madut : K ≤ 5; Với búa hơi đơn động : K ≤ 3;

Với búa treo : K ≤ 2;

Q - Trọng lượng búa;

q - Trọng lượng của cọc, mũ cọc, đệm, cọc dẫn.v.v.

4.2.2.4 Xác định sức chịu tải của cọc theo các công thức lý thuyết

Hiện nay có nhiều công thức lý thuyết xác định sức chịu tải của cọc, tất cả các công thức này đều xác định sức chịu tải của cọc thông qua các chỉ tiêu, đặc trưng cơ lý của đất nền (γ, ϕ, c...). Tuy nhiên trong phần lớn các trường hợp, kết quả tính toán theo phương pháp này có khác nhiều so với kết quả thí nghiệm nên các công thức này ít được sử dụng. Ở đây không giới thiệu các công thức lý thuyết của một số tác giả được áp dụng ở một số nước. Sinh viên có thể tham khảo trong các tài liệu chuyên đề về móng cọc.

* Về ma sát âm: Trường hợp cọc làm việc trong nền đất: - đất đắp dày ≥ 2 m;

- đất loại sét mềm, bão hoà nước, cố kết chậm; - hạ nước ngầm;

- có tải trọng bên phụ thêm: ví dụ công trình lân cận, tải trọng kho bãi…

Khi đó độ lún của các lớp đất này sẽ lớn hơn độ lún của cọc và gây ra ma sát âm với đặc điểm có cùng chiều với lực nén trên đầu cọc do đó làm giảm sức chịu tải.

4.3. Xác định sức chịu tải của cọc theo phương ngang trục

Về nguyên tắc, việc xác định sức chịu tải của cọc cũng có thể theo ba phương pháp: Lý thuyết, thực nghiệm và theo kinh nghiệm. Tuy nhiên việc xác định tính toán tải trọng ngang tác dụng lên cọc thường rất phức tạp. Hiện nay chưa có công thức nào để xác định chính xác tải trọng ngang tác dụng lên cọc khi biết kích thước cọc và điều kiện địa

chất. Việc tính toán tải trọng ngang chủ yếu dựa vào kinh nghiệm hoặc phải xác định qua thí nghiệm hiện trường.

Theo kinh nghiệm, tải trọng ngang của cọc được xác định theo công thức: .

tb

ng ng

H =m H

trong đó: Hng _{- Sức chịu tải trọng ngang của cọc ứng với trị số chuyển vị ngang của đỉnh}

cọc ∆ng_{, được xác định theo nhiệm vụ thiết kế. Khi không có số liệu thí nghiệm thì trị số} ng

H _{có thể lấy theo bảng sau: Ứng với} ∆_{ng= 1; khi} ∆_{ng< 1 thì xác định bằng cách nội} suy giữa ∆ng_{= 1 và} ∆_{ng= 0. Khi} ∆_{ng > 1 thì} H_{ng lấy theo thí nghiệm tải trọng tĩnh với}

tải trọng ngang.

tb ng

H - Sức chịu tải trọng ngang trung bình của cọc;

m - Hệ số điều kiện làm việc, phụ thuộc vào số lượng cọc trong móng n:

n 1 ÷ 5 6 ÷ 10 ≥ 11

m 0,85 0,90 1,00

Bảng 3.11: Bảng tra trị số Hng

Loại đất từ đáy đài đến độ sâu có trị số kd

Độ ngàm sâu

của cọc ^{Trị số ng}

H

Cọc BTCT tiết diện Cọc tròn có đường kính

Cọc BTCT Cọc gỗ 30x30 35x35 ^40x4

0 ^{28 30 32}

1. Đất cát chặt vừa, á cát dẻo cứng

2. Đất rời, cát bụi, á cát dẻo. á sét, sét dẻo mềm. 3. Á sét, sét dẻo nhão 6d 7d 8d 4,5d 5d 6d 6,00 2,50 1,0 7,00 3,0 1,0 8,00 3,5 2,0 2,60 1,4 0,5 2,80 1,5 0,5 2,80 1,6 0,6

§5. Tính toán móng cọc đài thấp

5.1. Các giả thiết khi tính toán móng cọc đài thấp

Khi thiết kế móng cọc, việc lựa chọn phương án cọc đài cao hay đài thấp phụ thuộc vào đặc điểm cấu tạo của từng loại công trình.

Móng cọc đài thấp được áp dụng trong các công trình dân dụng và công nghiệp. Loại móng này đài cọc nằm thấp hơn mặt đất. Việc tính toán, thiết kế móng cọc đài thấp dựa trên cơ sở các giả thuyết như sau:

1. Đối với móng cọc đài thấp, tải trọng ngang hoàn toàn do đất từ đáy đài trở lên tiếp nhận. Do vậy, điều kiện để tính toán theo sơ đồ móng cọc đài thấp là:

min 0,7 h ≥ h với min 45⁰ 2 . H h tg b ϕ γ ∑   = _ − _÷   H

b - cạnh đáy đài theo phương vuông góc với tổng lực ngang ∑^H ,

γ ϕ_{- góc nội ma sát và trọng lượng riêng của đất từ đáy đài trở lên}

h – chiều sâu chôn đài.

Biểu thức trên

thiết lập trên cơ sở cân bằng lực ngang với áp lực chủ